PCB (Printed Circuit Board) là một thành phần quan trọng trong điện tử hiện đại, kết nối các linh kiện điện tử trên một lớp nền cách điện. PCB được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm điện tử, từ điện thoại thông minh, thiết bị gia dụng đến hệ thống tự động hóa công nghiệp. Với sự phức tạp của các thiết bị điện tử, PCB đóng vai trò làm nền tảng lắp ráp các linh kiện.
Về cơ bản, PCB là một bảng mỏng tích hợp các linh kiện và mạch điện tử, thường bao gồm các vi mạch (ICs) được hàn lên bề mặt PCB. Các lớp dẫn điện trên PCB cho phép truyền tải điện và tín hiệu giữa các linh kiện, tạo nên một hệ thống điện tử hoàn chỉnh nhằm đáp ứng chức năng của sản phẩm.
[1][2]
Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) vào thiết kế bố trí PCB được xem như một bước đột phá, giúp nâng cao đáng kể hiệu suất và tối ưu hóa kỹ thuật hệ thống điện tử. Sự tích hợp này mở ra kỷ nguyên mới về tối ưu hóa và tự động hóa thiết kế, đồng thời đẩy nhanh chu kỳ phát triển sản phẩm.
Trong thiết kế PCB truyền thống, các nhiệm vụ như tạo sơ đồ, đặt linh kiện, định tuyến đường mạch và tối ưu hóa bố cục cho tính toàn vẹn tín hiệu và khả năng sản xuất đều được thực hiện thủ công, đòi hỏi kiến thức sâu về điện tử và nguyên lý kỹ thuật. Tuy nhiên, sự phức tạp ngày càng tăng của các thiết bị điện tử và nhu cầu về hiệu suất cao hơn đã thúc đẩy nhu cầu áp dụng một cách tiếp cận thông minh hơn cho bố trí PCB. AI, đặc biệt là công nghệ máy học và học sâu, đang được tích hợp vào các công cụ Tự động hóa Thiết kế Điện tử (EDA), cách mạng hóa thiết kế PCB thông qua tự động hóa sắp xếp linh kiện, tối ưu hóa định tuyến, kiểm tra quy tắc thiết kế và các cải tiến khác do AI điều khiển.
Việc sử dụng AI trong bố trí PCB mở ra nhiều cơ hội mới cho việc tối ưu hóa thiết kế, nhưng cũng mang đến những thách thức và cân nhắc đạo đức đặc biệt. Việc triển khai AI trong thiết kế PCB có thể liên quan đến các ràng buộc thiết kế phức tạp, sự hợp tác liên ngành, tuân thủ quy định, cũng như các vấn đề về quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu. Mặc dù có những thách thức này, vai trò của AI trong bố trí PCB dự kiến sẽ ngày càng trở nên thiết yếu trong việc định hình tương lai của thiết kế điện tử.
[4]
Bảng mạch in (PCBs) được tích hợp với nhiều linh kiện điện tử và sử dụng các vật liệu dẫn điện, chủ yếu là các đường dẫn bằng đồng, làm cầu nối liên lạc giữa các linh kiện này. Tùy thuộc vào đặc điểm sản phẩm và ứng dụng, PCBs được phân loại thành nhiều loại khác nhau:
PCB một lớp - Loại PCB này có một lớp dẫn điện ở một mặt của bảng, mặt còn lại dùng để tích hợp các mạch điện tử khác nhau. Phổ biến trong các sản phẩm điện tử đơn giản như máy tính cầm tay và đài radio, PCB một lớp có chi phí tương đối thấp.
PCB hai lớp - Trong PCB hai lớp, các lớp dẫn điện có mặt ở cả hai bên của chất nền, ngăn cách bởi một lớp cách điện. Các linh kiện ở cả hai mặt được kết nối thông qua các lỗ có mạ, cho phép thiết kế mạch nhỏ gọn hơn. Loại này phù hợp cho các thiết bị điện tử phức tạp vừa phải như máy ảnh kỹ thuật số, thiết bị đo lường và bộ điều khiển trò chơi.
PCB đa lớp - PCB này có nhiều lớp đồng được ngăn cách bằng vật liệu cách điện, tất cả được ép chặt lại dưới áp suất và nhiệt độ cao để đảm bảo độ bền. PCB đa lớp cho phép tích hợp cao và thiết kế mạch phức tạp, lý tưởng cho các sản phẩm điện tử tiên tiến như thiết bị lưu trữ dữ liệu, hệ thống vệ tinh, thiết bị y tế và thiết bị định vị GPS.
PCB cứng - Còn được gọi là PCB cứng, loại này thường sử dụng nhựa epoxy gia cố sợi thủy tinh (FR-4) làm vật liệu cơ bản. PCB cứng có độ bền cao và không linh hoạt, thường được sử dụng trong các đơn vị xử lý trung tâm (CPU) của bo mạch chủ máy tính, thiết bị giám sát y tế và thiết bị tự động hóa công nghiệp.
PCB cứng-linh hoạt – Còn được gọi là PCB cứng-linh hoạt hoặc bảng mạch in cứng-linh hoạt, loại này kết hợp các khu vực cứng và linh hoạt, được kết nối thông qua các đầu nối linh hoạt. Việc căn chỉnh và ép lớp chính xác là điều cần thiết để liên kết, trong khi các kết nối đa lớp được thực hiện bằng các lỗ có mạ (PTH). PCB cứng-linh hoạt được sử dụng trong các thiết bị có thể gập và thiết bị y tế nhúng.
PCB linh hoạt – Thường được gọi là PCB linh hoạt, loại này được làm bằng vật liệu nền linh hoạt như phim Polyester hoặc Polyimide. Đặc điểm là khả năng uốn cong và nhẹ, chúng có chi phí sản xuất cao hơn và lý tưởng cho các ứng dụng có không gian hạn chế yêu cầu tính linh hoạt, chẳng hạn như trong màn hình, đồng hồ thông minh, bảng điều khiển thiết bị hàng không và hệ thống giải trí.
PCB tần số cao – Được thiết kế cho tín hiệu tần số cao và ứng dụng vi sóng, PCB này yêu cầu kiểm soát trở kháng để tránh phản xạ tín hiệu do nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI). PCB tần số cao đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế và sản xuất, thường được sử dụng trong thiết bị liên lạc không dây và hệ thống radar.
PCB HDI (PCB kết nối mật độ cao) – Loại này sử dụng các vi lỗ, lỗ mù và lỗ chìm cùng với bao gói BGA để đạt được độ tích hợp cao và các kết nối dày đặc. PCB HDI thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử hiệu suất cao như điện thoại thông minh, máy tính bảng và các thiết bị liên lạc tinh vi, đáp ứng nhu cầu thu nhỏ, nhẹ và hiệu suất cao.
PCB lõi kim loại – Sử dụng kim loại làm vật liệu nền thay vì sợi thủy tinh truyền thống, PCB lõi kim loại cung cấp khả năng tản nhiệt vượt trội. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt cao như đèn LED và bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời.
[5][6][7]
STEP 1: Cắt Tấm (Sheets Cutting)
Cắt vật liệu nền thành các kích thước yêu cầu.
STEP 2: Cán Màng Khô (Film Lamination)
Phủ bề mặt của bảng bằng một lớp màng hữu cơ nhạy sáng, sau khi phơi sáng, chuyển mẫu mạch từ màng sang bảng.
STEP 3: Phơi Sáng (Exposure)
Đưa bảng có màng khô vào máy phơi sáng để tiến hành phơi sáng. Màng khô sẽ cứng lại nhờ phản ứng nhạy sáng khi tiếp xúc với ánh sáng UV ở khu vực trong suốt của màng. Quy trình này chuyển hình ảnh mạch từ màng sang bề mặt bảng mạch.
STEP 4: Rửa Ảnh Lớp Trong (Inner Developing)
Hòa tan phần màng khô không nhạy sáng trong dung dịch rửa ảnh để tạo ra mẫu mạch của lớp trong.
STEP 5: Ăn Mòn Lớp Trong (Inner Etching)
Sau khi màng khô chưa rửa ảnh bị hòa tan, bề mặt đồng bên dưới sẽ lộ ra. Bảng mạch sau đó được đưa vào quá trình ăn mòn, trong đó bề mặt đồng tiếp xúc bị hòa tan bởi dung dịch ăn mòn, làm lộ phần vật liệu nền bên dưới. Bề mặt đồng còn dính màng khô vẫn giữ nguyên, hình thành mạch của lớp trong.
STEP 6: Tẩy Lớp Trong ( Inner Stripping)
Sử dụng dung dịch tẩy màng để loại bỏ lớp màng khô đã cứng lại do phơi sáng.
STEP 7: Khoan (Drilling)
Trong quá trình khoan PCB, nhiều loại lỗ được tạo ra, bao gồm lỗ kết nối (như lỗ xuyên, lỗ chìm, lỗ mù và lỗ siêu nhỏ), cùng với lỗ gắn linh kiện và lỗ cơ khí. Do yêu cầu độ chính xác, các lỗ này thường được sản xuất bằng cách sử dụng khoan tay hoặc khoan PCB laser. Chúng tôi sản xuất các linh kiện khác nhau theo yêu cầu của khách hàng như lỗ gắn, lỗ xuyên, và cung cấp các lỗ định vị cần thiết cho các bước xử lý tiếp theo. Chúng tôi cũng cung cấp khe kiểm tra khi cần kiểm soát chất lượng.
STEP 8: Mạ Lỗ PTH (PTH Plating)
Quy trình mạ điện xuyên lỗ, còn gọi là mạ đồng một lần, bao gồm việc lắng đọng một lớp đồng mỏng bên trong các lỗ nhựa hoặc sợi thủy tinh không dẫn điện. Quá trình này nhằm kim loại hóa thành lỗ và tạo kết nối giữa các lớp mạch bên trong và bên ngoài.
STEP 9: Rửa Ảnh (Developing)
Hòa tan lớp màng khô chưa được phơi sáng trên lớp ngoài của bảng mạch.
STEP 10: Mạ Mẫu, Mạ Thiếc-Chì(Pattern Plating, Tin-Lead Plating)
Sau khi rửa ảnh, bước tiếp theo là mạ kép đồng và thiếc-chì nhằm tăng độ dày của lớp ngoài của mạch. Mục đích của mạ thiếc là bảo vệ lớp đồng bên dưới khỏi bị hòa tan bởi dung dịch ăn mòn trong quy trình tiếp theo.
STEP 11: Tẩy, Ăn Mòn, Tẩy Thiếc-Chì (Stripping, Etching, Tin-Lead Stripping)
Sử dụng dung dịch tẩy lớp phủ, lớp màng khô trên bề mặt bảng mạch được loại bỏ, để lộ lớp đồng bên dưới. Sau khi ăn mòn bằng dung dịch ăn mòn, lớp đồng tiếp xúc bị hòa tan, để lộ phần vật liệu nền. Bề mặt đồng được phủ thiếc không bị ảnh hưởng nhờ lớp bảo vệ của thiếc, hình thành mạch ngoài. Cuối cùng, toàn bộ thiếc-chì trên bề mặt bảng mạch được loại bỏ bằng dung dịch tẩy thiếc-chì.
STEP 12: Lớp Mặt Nạ Hàn (Solder Mask)
Sau khi tiền xử lý, bảng mạch được làm sạch và một lớp mực nhạy sáng chống hàn được phủ lên bề mặt. Sau khi trải qua quá trình sấy sơ bộ, bảng sẽ được phơi sáng. Sau khi phơi sáng, mực chống hàn không nhạy sáng sẽ hòa tan trong dung dịch rửa ảnh, trong khi mực chống hàn nhạy sáng cứng lại nhờ phơi sáng và không bị ảnh hưởng, hình thành mẫu mặt nạ hàn trên bề mặt bảng.
STEP 13: Xử Lý Bề Mặt (Surface Treatment)
Mục đích là để ngăn chặn quá trình oxy hóa bề mặt.
STEP 14: Định Hình (Profiling)
Thực hiện xử lý bên ngoài và cắt để tạo kích thước đáp ứng yêu cầu của khách hàng.
STEP 15: Kiểm Tra Điện (Electrical Testing)
Tiến hành kiểm tra mạch điện của bảng và thử nghiệm chức năng điện của bảng mạch.
STEP 16: Kiểm Tra Hình Thức Cuối Cùng (Final Visual Inspection)
Kiểm tra toàn diện hình thức sản phẩm để đảm bảo chất lượng của hàng hóa khi xuất xưởng.
Quy trình sản xuất bảng mạch in bao gồm nhiều bước như mạ điện, rửa ảnh, ăn mòn và làm sạch, đòi hỏi sử dụng nhiều loại hóa chất khác nhau. Trong các quy trình này, các yếu tố như lượng và phân bố hóa chất phun, thời gian tiếp xúc giữa chất lỏng và vật liệu, và thậm chí là lực tác động của hóa chất lên bảng mạch đều có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng; do đó, việc sử dụng các vòi phun chất lượng cao là rất quan trọng. Ngoài ra, bằng cách sử dụng lưu lượng kế chất lỏng để đo liều lượng hóa chất, các nhà sản xuất có thể điều chỉnh dòng chảy vật liệu một cách chính xác hơn, mang lại sản phẩm chất lượng cao hơn và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Ứng dụng 1: Phun chất lỏng để loại bỏ cặn bã trong quá trình mạ điện xuyên lỗ
Trường hợp: Nhà sản xuất tích hợp thiết bị điện tử nổi tiếng toàn cầu
Tình huống: Công ty đã phát triển thiết bị đồng hóa học ngang (DSM & PTH) giúp loại bỏ hiệu quả keo dư trong các lỗ của bảng mạch sau quy trình mạ điện xuyên lỗ, đảm bảo hiệu suất dẫn điện tối ưu trong các bước sản xuất tiếp theo. Việc loại bỏ cặn keo này đòi hỏi sử dụng nhiều loại hóa chất khác nhau, do đó công ty tìm kiếm các vòi phun có khả năng chống ăn mòn và hiệu quả.
Giải pháp: LORRIC's QF Series Quick-Disconnect Nozzles
Vòi phun QF Series Quick-Disconnect của LORRIC, được sản xuất từ nhựa kỹ thuật chất lượng cao (PP, PVDF), cung cấp khả năng chống hóa chất tuyệt vời, kéo dài tuổi thọ của vòi. Ngoài ra, vòi phun QF Series có thiết kế tháo lắp nhanh đa phần. Sau khi lắp đặt, nếu cần thay vòi, chỉ cần tháo đầu vòi ra khỏi đế và thay thế, không cần định vị lại, giúp tối ưu hóa bảo trì và phục vụ máy móc. Ngoài sản phẩm vòi phun, chúng tôi đề xuất sử dụng lưu lượng kế vùng của LORRIC để đo lượng hóa chất sử dụng trong quá trình mạ điện. Lưu lượng kế vùng của LORRIC được thiết kế chính xác và kiểm tra nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm đo lưu lượng của chúng tôi, với sai số được kiểm soát trong tiêu chuẩn hàng đầu của ngành là ±5% F.S. Thân lưu lượng kế và phụ kiện được làm từ nhựa chất lượng cao, cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
Ứng dụng 2: Giám sát dung dịch đồng sunfat trong quy trình mạ điện
Trường hợp: Nhà sản xuất PCB hàng đầu tại Hàn Quốc
Tình huống: Thành lập năm 1987, công ty này chuyên phát triển PCB module cho chip nhớ DRAM và các chất nền cho các quy trình lắp ráp chip bán dẫn khác nhau. Tính đến năm 2022, công ty xếp hạng trong top 10 nhà cung cấp bảng mạch in tại Hàn Quốc. Ban đầu, công ty sử dụng lưu lượng kế paddlewheel từ một thương hiệu Đức trong dây chuyền quy trình mạ điện để đo lượng dung dịch đồng sunfat sử dụng. Do các quy định an toàn ở Hàn Quốc, tất cả thiết bị sử dụng hóa chất đều phải được cách ly khỏi môi trường làm việc bằng các vách ngăn trong suốt. Tuy nhiên, thiết lập này gây khó khăn cho công nhân trong việc đọc dữ liệu lưu lượng trên màn hình LCD truyền thống qua các vách ngăn.
Giải pháp: LORRIC's FP-AS510 Paddlewheel Flow Meter
Lưu lượng kế paddlewheel FP-AS510 của LORRIC có thiết kế màn hình LED/LCD kép và đi kèm với các chỉ báo ngữ cảnh, giúp công nhân dễ dàng đọc lưu lượng và giám sát trạng thái máy ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc qua các khu vực có vách ngăn. Ngoài ra, FP-AS510 sử dụng công nghệ cảm biến trục độc quyền, cho phép phát hiện lưu lượng ở tốc độ cực thấp (0,15 m/s) với độ tuyến tính dẫn đầu ngành là 0,5% FS. Thiết bị còn cung cấp ba tùy chọn giao tiếp (đầu ra tương tự 4-20mA, tín hiệu điều khiển Modbus RTU RS485 và tín hiệu xung qua khớp nối quang) để đáp ứng liền mạch các yêu cầu giao tiếp đa dạng của khách hàng.
Ứng dụng 3: Giám sát dung dịch axit mạnh và kiềm trong thiết bị mạ liên tục dọc
Trường hợp: Top năm nhà sản xuất PCB hàng đầu thế giới
Tình huống: Công ty sử dụng Dây chuyền Mạ Liên Tục Dọc để cải thiện đáng kể hiệu suất phân phối mạ điện và duy trì chất lượng mạ đồng nhất cho từng tấm. Dây chuyền Mạ Liên Tục Dọc sử dụng nhiều loại hóa chất khác nhau, và lưu lượng kế vùng của LORRIC, được làm từ nhựa chất lượng cao với khả năng chống hóa chất mạnh, giúp giảm tần suất bảo trì thiết bị và chi phí khi đối mặt với dung dịch axit và kiềm mạnh.
Giải pháp: FU-ES EchoSense Clamp-On Ultrasonic Flow Meter
Khi yêu cầu về độ chính xác của bảng mạch in ngày càng cao, nhiều nhà sản xuất ưu tiên sử dụng lưu lượng kế siêu âm không tiếp xúc trực tiếp với dung dịch hóa chất. Đáp ứng nhu cầu này, LORRIC đã phát triển lưu lượng kế siêu âm gắn ngoài FU-ES EchoSense. Sản phẩm này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng có đường kính nhỏ. Thiết kế tích hợp kết hợp đầu dò và đơn vị chính, cho phép lắp đặt nhanh trong 90 giây. Hơn nữa, thiết bị có thể tự động phát hiện thông số kỹ thuật của ống (vật liệu, độ dày, tốc độ âm thanh chất lỏng, v.v.), giúp thiết lập máy chỉ bằng một nút nhấn. Phần đầu dò tiếp xúc với ống được trang bị miếng đệm cao su, loại bỏ nhu cầu sử dụng gel siêu âm và đơn giản hóa việc bảo trì thiết bị.